第2章 单片机硬件结构及其特点
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第2章 AT89S51单片机硬件结构PPT课件
图2-2 AT89S51双列直插封装方式的引脚
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；
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（4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。 片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），
基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
目的：本章学习，为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
继承下来。用学习微机的思路来学习单片机。
2.1 AT89S51单片机的硬件组成 片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本
功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 有如下功能部件和特性：
（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）
； （5）1个全双工的异步串行口； （6）2个可编程的16位定时器/计数器；
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2．时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电
路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电 容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。 （2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使 用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用 外部时钟源时，本脚悬空。 2.2.2 控制引脚 （1）RST (RESET，9脚) 复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电 平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活； （2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程； （3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；
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（4）增加断电标志； （5）增加掉电状态下的中断恢复模式。 片内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），
基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。 CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，
目的：本章学习，为AT89S51系统的应用设计打下基础。 在原理和结构上，单片机把微机的许多概念、技术与特点都
继承下来。用学习微机的思路来学习单片机。
2.1 AT89S51单片机的硬件组成 片内硬件组成结构如图2-1所示。把作为控制应用所必需的基本
功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 有如下功能部件和特性：
（1）8位微处理器（CPU）； （2）数据存储器（128B RAM）； （3）程序存储器（4KB Flash ROM）； （4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）
； （5）1个全双工的异步串行口； （6）2个可编程的16位定时器/计数器；
单片机第一章第二章第三章
码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使
用高级语言进行开发；
·作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输
出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具
备10mA-20mA灌电流的能力；
·片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、
启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
整理课件
属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、 Atmel的AT90S系列、 Zilog的Z86系列、韩国三星 公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系 列等。
一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用 RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、 工业控制系统应采用CISC单片机。
整理课件
三、 单片机的特点、分类、及应用
1. 单片机的特点
（1）性价比高 （2）控制功能强 （3）高集成度、高可靠性、体积小 （4）低电压、低功耗
2. 单片机的分类
（1）按单片机内部程序存储器分类 片内无ROM型 片内带掩膜ROM（QTP）型、片内EPROM型、
片内一次可编写型（OTP型）和片内带Flash型等。 整理课件
（4）按单片机字长分类 4位、8位、16位、32位整理、课件和64位机
3. 单片机均可用单片机实现
四、MCS-51和8051、8031、89C51等的关系
MCS-51是指INTEL公司生产的一系列单片机的总称。
此系列包括好多品种，如8031，8051，8751， 8032，8052，8752等等。
系统。
单片机片内的各功能部件 通过内部总线相互连接，
集成在单片机内的这 些部件如何连接和进
第2章 89C51单片机硬件结构和原理 (单片机原理课件)
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单片机原理及接口技术
1、准双向 当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入 全1， 此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
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单片机原理及接口技术
2、P0口：
P0口可作为一个8位数据准双向输入/输出口；
在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的
低8位地址总线和8位数据总线。
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3、片内4KB程序存储器Flash ROM（4KB）: 用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内
部不带ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。
4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口 P0~P3: 每个口可以用作输入，也可以用作输出。
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单片机原理及接口技术
5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部 事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据 计数或定时的结果 实现计算机控制。 6、一个全双工UART的串行I/O口: 可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。 7、片内振荡器和时钟产生电路: 但需外接晶振和电容。 8、五个中断源的中断控制系统。 9、具有节电工作方式：
（3）8位程序状态寄存器PSW： （4）8位寄存器B：
（5）布尔处理器： （6）2个8位暂存器：
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1）运算器 （1）8位的ALU： 可对4位、8位、16位数据进行操作。
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单片机原理及接口技术
（2）8位累加器ACC（A）： • 它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU 的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数 进行运算，运算结果又送回ACC。
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第二章--MCS-51单片机的结构
基 本 组 成
5)布尔处理器 MCS-51的CPU是8位微处理器，它还具有1位微处理器的 功能。布尔处理器具有较强的布尔变量处理能力，以位 (bit)为单位进行运算和操作。它以进位标志(Cy)作为累 加位，以内部RAM中所有可位寻址的位作为操作位或存储 位，以P0～P3的各位作为I/O位，同时布尔处理器也有自 己的指令系统。
FFFFH 片外ROM 1000H 0FFFH 0FFFFH
片外RAM或 I/O口
片内ROM
EA =1
片外ROM
EA =0
0000H
0000H
基 本 组 成
图2-2 8051存储器配置图
从用户使用的角度看，8051存储空间分为三类：片内、 片外统一编址0000H～0FFFFH的64KB的程序存储器地址 空间；256字节数据存储器地址空间，地址从00H～0FFH； 64KB片外数据存储器或I/O口地址空间，地址也从 0000H～0FFFFH。上述三个空间地址是重叠的，即程序 存储器中片内外低4KB地址重叠，数据存储器与程序存储 器64KB地址全部重叠，虽然地址重叠，但由于采用了不 同的操作指令及控制信号EA、PSEN的选择，因此不会发生 混乱。
基 本 组 成
在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且 把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组。当前寄存器 组由程序状态寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合决定。 非当前寄存器组可作为一般的数据缓冲器使用。
基 本 组 成
图2-3 8051内部数据寄存器配置图
位寻址区(20H～2FH) 内部RAM的20H～2FH单元为位寻址区 ，这16个单元 (共计128位)的每一位都有一个8位表示的位地址，位寻址 范围为00H～7FH。位寻址区的每一个单元既可作为一般 RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一 位进行位操作。
第2章 89C51单片机硬件结构和原理
2．累加器A 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上 的差别，将在第3章介绍。
作用如下：
（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为 解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过 累加器的传送指令。
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PSW中各个位的功能： （1）Cy（PSW.7）进位标志位
可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；
否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。 （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进 位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。 （3）F0（PSW.5）用户设定标志位 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0， 控制程序的流向。用户应充分利用。
端（12-21V）。
4、I/O端口P0、P1、P2和P3 准双向的含义：
当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1， 此 时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。
1）P0口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址 总线及数据总线的分时复用端口。 2）P1口：用作通用的I/O口 3）P2口：用作通用的I/O口；当外扩存储器及I/O接口芯片时，P2口作为高8位地址 总线 4）P3口：用作通用的I/O口；每个引脚有第二功能
图2－6 高128字节RAM(SFR区)
1、堆栈指针SP
堆栈指针SP（8位），可指向片内RAM00H～7FH的任何单元。系统 复位后，SP指向07H的RAM单元，所以入栈的第一个数据位于08H单元。
堆栈：在片内RAM区专门开辟的一个区域，数据的存取是按“后进先
第2章 AT89S51单片机系统结构和
技术凝聚实力 专业创新出版
2.2.1 8051结构
如图所示为8031、8051、8751的内部总体结构，该结构按功能可划分为8个组成部 分，它们是通过片内单一总线连接起来的。 微处理器（CPU）； 数据存储器（RAM）； 程序存储器（ROM/EPROM）； 特殊功能寄存器（SFR）； I/O口； 串行口； 定时器/计数器及中断系统。
当AT89S51工作于节电模式时，CPU进入睡眠模式，但是 所有的端口仍然保持工作状态。节电模式能够通过软件 进入，在这个模式下，所有的内存数据和特殊功能寄存 器的值均保持不变。节电模式能够被任何使能的中断和 硬件复位所结束。 当节电模式是由于硬件复位结束时，程序将从其进入节 电模式的指令继续执行，为了避免在外部引脚有不可预 测的输出，最好不要将写外部端口操作和读取外部内存 放在节电模式指令后的下一步操作。
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2.2.4 特殊寄存器组（SFR）
AT89S51单片机中的特殊功能寄存器（SFR）是非常重要 的内存单元，对于单片机的工程技术人员来说，理解了 SFR也就基本掌握了AT89S51单片机。 AT89S51单片机的SFR包括内部的I/O口锁存器、累加器、 定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器， 共26个SFR，它们离散地分布在80H~0FFH的SFR地址空间 内，其余空缺内存位置为保留空间，为将来单片机内核 升级使用，特殊功能寄存器名及对应的地址
SP是一个8为的SFR，它用来指示出堆栈顶部在内部RAM 块中的位置。系统复位后SP的值为07H，若不对SP设置 初值，则堆栈在08H开始的区域，为了不占用工作寄存 器R0～R7的地址，一般在编程时应设置SP的初值。 数据进入堆栈前，SP加1（成为压栈）；数据从堆栈中 取出（成为出栈）后，SP减1。
02第二章 80C51单片机的硬件
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程序计数器PC 程序计数器PC
16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址, 16位寄存器,用于存放将要执行的指令的地址,
可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 可寻址64K范围.PC在物理结构上相对独立,不 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 属于SFR,如将要执行的指令为多字节指令,则 PC存放指令的第一个字节的地址. PC存放指令的第一个字节的地址. PC的功能: PC的功能: 复位功能 计数功能 直接置位功能
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表2-5 RS1,RS0与寄存器区的关系 , 与寄存器区的关系
RS1 RS0 当前区号(组 当前区号 组) R0～R7地址 ～ 地址
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 2 3
00H～07H ～ 08H～0FH ～ 10H～17H ～ 18H～1FH ～
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(2).位寻址区
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2,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部数据存储器 ,
由于MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有128个
字节,往往不够用,这就需要扩展外部数据存储器, 外部数据存储器最多可扩至64KB. 访问外部存储器需要利用外部总线进行地址和数据的 传输,此时用P0,P2口 P0 P2 访问外部数据存储器只能用间接寻址,两种方式: DPTR和Ri(i=0,1),并有专用指令
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2.3 MCS-51单片机的引脚功能 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51 单片机共有40 个引脚. MCS-51单片机共有 40个引脚 .
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2.4 MCS-51单片机存储器 MCS-51单片机存储器
单片机详解 09MCU第2章
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
SP
先进后出，后进先出 SP可设，根据用户需要的容量定
（SP是地址最小的那个单元)
开机后，自动初始化为07H
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
分析下面程序的结果
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
MOV
SP，#5FH
MOV
MOV
A，#100
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
51单片机内部结构框图：
XTAL1 XTAL2
(*:属第二功能P3口线)
4K ROM （ EPROM） 8031无ROM 特殊功能 寄存器SFR, 128字节RAM
计数脉冲输入*
T0 T1
时钟源
定时器/ 计数器 T0,T1
8位CPU
并行I/O接口 串行接口 中断系统
字节地址D0H
进位标志位C： 表示运算结果是否有进位或借位。
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
AC：
低4位有无进(借)位的状况。
F0：
用户根据需要临时对F0赋予含义，通过编程设定。
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
RS1、RS0：
选定当前使用的4个工作寄存器
OV：
指示运算结果是否溢出。
3组(18H~1FH)
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
问题：
PSW 是什么？
PSW.4 和 PSW 什么关系？ ---- 后面部分将介绍
第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构
任务3：
在任务2的基础上，让8个灯循环点亮 （流水/跑马）
回忆一下之前我们掌握了什么知识？
亮/灭 指令
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中断入口：0003H～0023H 中断入口：0003H～
0003H～000AH ～ 000BH～0012H ～ 0013H～001AH ～ 001BH～0022H ～ 0023H～002AH ～
中断服务程序存放方法： 中断服务程序存放方法： （1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； ）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； （2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， ）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， 以便中断响应后，通过中断地址区， 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的实际入口地址区去。 程序的实际入口地址区去。
字 节 地 址
位地址
3． 用户 ． 用户RAM区： 区
32个单元，地址为30H～7FH， 个单元，地址为 个单元 ～ ， 在一般应用中常作堆栈区。 在一般应用中常作堆栈区。
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MCS-51的寄存器在片内 的寄存器在片内RAM都有映像地址。 都有映像地址。 的寄存器在片内 都有映像地址 寄存器名， 单元地址。 使用时，既可用寄存器名 也可用对应单元地址 使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。
80C51
2、控制线 控制线
ALE：地址锁存允许信号端 ： PSEN：外部程序存储器读选通信号端 ： EA/ VPP ：程序存储器选择信号端 程序存储器选择信号端/ 编程电源输入端
2、控制线
RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 以上高电平脉冲 输入 以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护 使用后备电源，可实现掉电保护。 复位电路： 复位电路： （1）上电复位 ） （2）外部信号复位 ）
程序状态字PSW （8位）： (4) 程序状态字 位
存放ALU运算过程的标志状态。 运算过程的标志状态。 存放 运算过程的标志状态
位序 位符号
B7
CY
B6 AC
B5 F0
B4 B3 B2 RS1 RS0 OV
B1
F1
B0
P
(5)
数据指针DPTR （16位）： 数据指针 位
存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 可分成两个8位寄存器DPH、 使用。 可分成两个 位寄存器DPH、DPL使用。
2.2.4 内部程序存储器
80C51内有 内有4KB ROM，其地址为 内有 ，其地址为0000H～0FFFH其中 ～ 其中 0000H～0002H是系统的启动单元。 是系统的启动单元。 ～ 是系统的启动单元 系统复位后( ) 系统复位后(PC)＝0000H，开始取指令执行程序。 ，开始取指令执行程序。 如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令， 如果不从 开始，应存放一条无条件转移指令， 开始 以便直接转去执行指定的程序。 以便直接转去执行指定的程序。 作用： 作用： （1）用来存放固化了的用户程序，取指令地址由程序计 ）用来存放固化了的用户程序， 数器PC给出 给出， 具有自动加 的功能； 具有自动加1的功能 数器 给出，PC具有自动加 的功能； （2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。 ）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。
2
2.1.1 结构框图
8031无 无
MCS—51 CPU
CPU内部结构： 内部结构： 内部结构 （1）运算器电路：算术逻辑单元 ）运算器电路：算术逻辑单元ALU、 2个暂存器和累加 、 个暂存器和累加 寄存器B、程序状态字PSW等。 器A (ACC) 、寄存器 、程序状态字 等 算术逻辑运算单元ALU ( 8位 )： 算术逻辑运算单元 位 ： +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循 、 、 算术运算， 异或逻辑运算， 环移位、位处理。 环移位、位处理。 寄存器、 （2）控制器电路：程序计数器 、PC+1寄存器、指令寄 ）控制器电路：程序计数器PC、 寄存器 存器、指令译码器、定时与控制电路等。 存器、指令译码器、定时与控制电路等。
+5V
单片机
30µF F
3、电源及时钟引线 电源及时钟引线
工作电源： 工作电源：VCC、VSS 时钟输入： 时钟输入：XTAL1、XTAL2。 、 。
RESET 200 1K
RST
2.2 内部存储器
内部数据存储器高128 128单元 2.2.1 内部数据存储器高128单元 内部数据存储器低128 128单元 2.2.2 内部数据存储器低128单元 2.2.3 堆栈操作 2.2.4 内部程序存储器 2.2.5 存储器结构特点
中的两位PSW.4和 用PSW中的两位 中的两位 PSW.3来切换工作寄存器区，选用 来切换工作寄存器区， 一个工作寄存器区进行读写操作。 一个工作寄存器区进行读写操作
2． 位寻址区 ： ．
字节地址为20H～2FH，既可 ～ 字节地址为 ， 作RAM，也可位操作。 ，也可位操作。 共有16个 单元， 共有 个RAM单元，共128 单元 位，位地址为00H～7FH。 位地址为 ～ 。
2012-2-16 4
2.1.2 信号引脚
1、I/O口线功能 口线功能
4个8位并行 I/O 接口引脚 个 位并行 P0.0～P0.7 、P1.0～P1.7 、 ～ P2.0～P2.7和 P3.0～P3.7 ～ ～ 为多功能引脚， 为多功能引脚，可自动切换用作数 据总线、地址总线、控制总线和或I/O 据总线、地址总线、控制总线和或 接口外部引脚。 接口外部引脚。
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2. 专用寄存器的字节寻址
注意： 注意： 21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续 单元之中， 个寄存器， 个可位 部RAM高128单元之中，共11个寄存器，83个可位 高 单元之中 个寄存器 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 个专用寄存器中， 在22个专用寄存器中，唯一一个不可直接操作的寄 个专用寄存器中 存器是PC。 不占据 不占据RAM单元，它的位置在 单元， 存器是 。PC不占据 单元 它的位置在CPU 内部，是独立的。 内部，是独立的。 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号， 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号，也可使用 寄存器单元地址。 寄存器单元地址。
0000
程 序 存 储 区
0000
冯.诺依曼结构
哈佛结构
物理上4个存储器地址空间： 物理上 个存储器地址空间： 个存储器地址空间 片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
单片机原理及应用
第2 章
单片机硬件结构
2.1 单片机的逻辑结构及引脚 2.2 单片机的内部存储器 2.3 并行输入/输出口电路 并行输入/ 2.4 时钟电路及时序 2.5 复位操作及复位电路
2012-2-16 电信学院 1
2.1 逻辑结构及信号引脚
2.1.1 结构框图 2.1.2 信号引脚
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外部中断0（ 外部中断 （INT0）中断地址区 定时器/记数器 （ 定时器 记数器0（T0）中断地址区 记数器 外部中断1（ 外部中断 （INT1）中断地址区 定时器/计数器 （ 定时器 计数器1（T1）中断地址区 计数器 串行（RI/TI）中断地址区 串行（ ）
程序存储器保留的单元： 程序存储器保留的单元：
2.2.5 存储器结构特点
冯.诺依曼结构： 诺依曼结构： 程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。 储器逻辑空间，统一编址。
FFFF
哈佛结构： 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。 存储器逻辑空间，分开编址。
FFFF
整 个 数据存储区 存 储 空 间 程序存储区
数 据 存 储 区
累加器A（ 位 (2) 累加器 （8位）： 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器 处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。 需要 处理的数据和计算结果多数要经过累加器
2012-2-16
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(3) 寄存器B （8位）： 寄存器 位
与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄 累加器配合执行乘、除运算。 累加器配合执行乘 存器。 存器。
2012-2-16 8
运算和数据地址寄存
CPU内部 I/O口控制数据寄存 口控制数据寄存 内部SFR 内部 中断系统控制
定时/计数器相关 定时 计数器相关 串行口相关
2012-2-16 9
1、SFR（80H～FFH）介绍： 、 （ ～ ）介绍：
字节地址： 21个有效（其中仅11个有位地址） 字节地址：只21个有效（其中仅11个有位地址） 个有效 11个有位地址 有2套地址 套地址 位地址： 83位有效 位地址：只83位有效
字节地址 可被8整除 可被 整除
专用寄存器： 专用寄存器： A、B、PSW、 、 、 、 DPTR、SP。 、 。 I/O接口寄存器：P0、 接口寄存器： 、 接口寄存器 P1、P2、P3、SBUF、 、 、 、 、 TMOD、TCON、 、 、 SCON …
字 节 地 址
位地址
程序计数器PC（ 位 (1) 程序计数器 （16位）： CPU总是按 的指示读取程序。PC是一个 位的计 总是按PC的指示读取程序 是一个16位的计 总是按 的指示读取程序。 是一个 数器。其内容为将要执行的指令地址（ 数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地 执行程序一般是顺序方式。 址），可自动加 。因此 ），可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 可自动加 执行程序一般是顺序方式 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作， 被强制改 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改 写，程序执行顺序也发生改变。 程序执行顺序也发生改变。
中断入口：0003H～0023H 中断入口：0003H～
0003H～000AH ～ 000BH～0012H ～ 0013H～001AH ～ 001BH～0022H ～ 0023H～002AH ～
中断服务程序存放方法： 中断服务程序存放方法： （1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； ）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放； （2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， ）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， 以便中断响应后，通过中断地址区， 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的实际入口地址区去。 程序的实际入口地址区去。
字 节 地 址
位地址
3． 用户 ． 用户RAM区： 区
32个单元，地址为30H～7FH， 个单元，地址为 个单元 ～ ， 在一般应用中常作堆栈区。 在一般应用中常作堆栈区。
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MCS-51的寄存器在片内 的寄存器在片内RAM都有映像地址。 都有映像地址。 的寄存器在片内 都有映像地址 寄存器名， 单元地址。 使用时，既可用寄存器名 也可用对应单元地址 使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。
80C51
2、控制线 控制线
ALE：地址锁存允许信号端 ： PSEN：外部程序存储器读选通信号端 ： EA/ VPP ：程序存储器选择信号端 程序存储器选择信号端/ 编程电源输入端
2、控制线
RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 以上高电平脉冲 输入 以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护 使用后备电源，可实现掉电保护。 复位电路： 复位电路： （1）上电复位 ） （2）外部信号复位 ）
程序状态字PSW （8位）： (4) 程序状态字 位
存放ALU运算过程的标志状态。 运算过程的标志状态。 存放 运算过程的标志状态
位序 位符号
B7
CY
B6 AC
B5 F0
B4 B3 B2 RS1 RS0 OV
B1
F1
B0
P
(5)
数据指针DPTR （16位）： 数据指针 位
存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。 可分成两个8位寄存器DPH、 使用。 可分成两个 位寄存器DPH、DPL使用。
2.2.4 内部程序存储器
80C51内有 内有4KB ROM，其地址为 内有 ，其地址为0000H～0FFFH其中 ～ 其中 0000H～0002H是系统的启动单元。 是系统的启动单元。 ～ 是系统的启动单元 系统复位后( ) 系统复位后(PC)＝0000H，开始取指令执行程序。 ，开始取指令执行程序。 如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令， 如果不从 开始，应存放一条无条件转移指令， 开始 以便直接转去执行指定的程序。 以便直接转去执行指定的程序。 作用： 作用： （1）用来存放固化了的用户程序，取指令地址由程序计 ）用来存放固化了的用户程序， 数器PC给出 给出， 具有自动加 的功能； 具有自动加1的功能 数器 给出，PC具有自动加 的功能； （2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。 ）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。
2
2.1.1 结构框图
8031无 无
MCS—51 CPU
CPU内部结构： 内部结构： 内部结构 （1）运算器电路：算术逻辑单元 ）运算器电路：算术逻辑单元ALU、 2个暂存器和累加 、 个暂存器和累加 寄存器B、程序状态字PSW等。 器A (ACC) 、寄存器 、程序状态字 等 算术逻辑运算单元ALU ( 8位 )： 算术逻辑运算单元 位 ： +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循 、 、 算术运算， 异或逻辑运算， 环移位、位处理。 环移位、位处理。 寄存器、 （2）控制器电路：程序计数器 、PC+1寄存器、指令寄 ）控制器电路：程序计数器PC、 寄存器 存器、指令译码器、定时与控制电路等。 存器、指令译码器、定时与控制电路等。
+5V
单片机
30µF F
3、电源及时钟引线 电源及时钟引线
工作电源： 工作电源：VCC、VSS 时钟输入： 时钟输入：XTAL1、XTAL2。 、 。
RESET 200 1K
RST
2.2 内部存储器
内部数据存储器高128 128单元 2.2.1 内部数据存储器高128单元 内部数据存储器低128 128单元 2.2.2 内部数据存储器低128单元 2.2.3 堆栈操作 2.2.4 内部程序存储器 2.2.5 存储器结构特点
中的两位PSW.4和 用PSW中的两位 中的两位 PSW.3来切换工作寄存器区，选用 来切换工作寄存器区， 一个工作寄存器区进行读写操作。 一个工作寄存器区进行读写操作
2． 位寻址区 ： ．
字节地址为20H～2FH，既可 ～ 字节地址为 ， 作RAM，也可位操作。 ，也可位操作。 共有16个 单元， 共有 个RAM单元，共128 单元 位，位地址为00H～7FH。 位地址为 ～ 。
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2.1.2 信号引脚
1、I/O口线功能 口线功能
4个8位并行 I/O 接口引脚 个 位并行 P0.0～P0.7 、P1.0～P1.7 、 ～ P2.0～P2.7和 P3.0～P3.7 ～ ～ 为多功能引脚， 为多功能引脚，可自动切换用作数 据总线、地址总线、控制总线和或I/O 据总线、地址总线、控制总线和或 接口外部引脚。 接口外部引脚。
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2. 专用寄存器的字节寻址
注意： 注意： 21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内 个可字节寻址的专用寄存器是不连续 单元之中， 个寄存器， 个可位 部RAM高128单元之中，共11个寄存器，83个可位 高 单元之中 个寄存器 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 寻址。尽管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。 个专用寄存器中， 在22个专用寄存器中，唯一一个不可直接操作的寄 个专用寄存器中 存器是PC。 不占据 不占据RAM单元，它的位置在 单元， 存器是 。PC不占据 单元 它的位置在CPU 内部，是独立的。 内部，是独立的。 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号， 对专用寄存器的访问既可使用寄存器符号，也可使用 寄存器单元地址。 寄存器单元地址。
0000
程 序 存 储 区
0000
冯.诺依曼结构
哈佛结构
物理上4个存储器地址空间： 物理上 个存储器地址空间： 个存储器地址空间 片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
单片机原理及应用
第2 章
单片机硬件结构
2.1 单片机的逻辑结构及引脚 2.2 单片机的内部存储器 2.3 并行输入/输出口电路 并行输入/ 2.4 时钟电路及时序 2.5 复位操作及复位电路
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2.1 逻辑结构及信号引脚
2.1.1 结构框图 2.1.2 信号引脚
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外部中断0（ 外部中断 （INT0）中断地址区 定时器/记数器 （ 定时器 记数器0（T0）中断地址区 记数器 外部中断1（ 外部中断 （INT1）中断地址区 定时器/计数器 （ 定时器 计数器1（T1）中断地址区 计数器 串行（RI/TI）中断地址区 串行（ ）
程序存储器保留的单元： 程序存储器保留的单元：
2.2.5 存储器结构特点
冯.诺依曼结构： 诺依曼结构： 程序和数据共用一个存 储器逻辑空间，统一编址。 储器逻辑空间，统一编址。
FFFF
哈佛结构： 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立 存储器逻辑空间，分开编址。 存储器逻辑空间，分开编址。
FFFF
整 个 数据存储区 存 储 空 间 程序存储区
数 据 存 储 区
累加器A（ 位 (2) 累加器 （8位）： 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器 处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。 需要 处理的数据和计算结果多数要经过累加器
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(3) 寄存器B （8位）： 寄存器 位
与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄 累加器配合执行乘、除运算。 累加器配合执行乘 存器。 存器。
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运算和数据地址寄存
CPU内部 I/O口控制数据寄存 口控制数据寄存 内部SFR 内部 中断系统控制
定时/计数器相关 定时 计数器相关 串行口相关
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1、SFR（80H～FFH）介绍： 、 （ ～ ）介绍：
字节地址： 21个有效（其中仅11个有位地址） 字节地址：只21个有效（其中仅11个有位地址） 个有效 11个有位地址 有2套地址 套地址 位地址： 83位有效 位地址：只83位有效
字节地址 可被8整除 可被 整除
专用寄存器： 专用寄存器： A、B、PSW、 、 、 、 DPTR、SP。 、 。 I/O接口寄存器：P0、 接口寄存器： 、 接口寄存器 P1、P2、P3、SBUF、 、 、 、 、 TMOD、TCON、 、 、 SCON …
字 节 地 址
位地址
程序计数器PC（ 位 (1) 程序计数器 （16位）： CPU总是按 的指示读取程序。PC是一个 位的计 总是按PC的指示读取程序 是一个16位的计 总是按 的指示读取程序。 是一个 数器。其内容为将要执行的指令地址（ 数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地 执行程序一般是顺序方式。 址），可自动加 。因此 ），可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 可自动加 执行程序一般是顺序方式 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作， 被强制改 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改 写，程序执行顺序也发生改变。 程序执行顺序也发生改变。